[发明专利]一种对大规模天线阵列非平稳特性的建模方法

说明书

本发明实施例提供了一种对大规模天线阵列非平稳特性的建模方法、装置及计算设备，方法易于实现，状态转移简单，能很好地体现散射体簇的动态特性，更接近信道测量的结果，方法包括：获取平面天线的维度信息、阵元间距信息，以及，获取可观测的散射体簇的第一更新率和不可观测的散射体簇的第二更新率；获取平面天线的第一行第一列的天线阵元的可观测的散射体簇集合和不可观测的散射体簇集合；根据阵元间距信息和第一更新率，计算可观测的散射体簇和不可观测的散射体簇的交换概率；根据阵元间距信息和第二更新率，计算不可观测的散射体簇的替换概率；计算维度内任意行任意列的天线阵元的可观测的散射体簇集合和不可观测的散射体簇集合。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种对大规模天线阵列非平稳特性的建模方法、装置及计算设备。

背景技术

由于大规模天线阵列中，收发端配备的天线阵元数目较多，导致瑞利距离增大，不同的收发端天线阵元所经历的传输环境有差异，散射体簇在天线阵列轴维度上具有非平稳特性，即大规模天线阵列的空间非平稳特性。主要表现在：发射端不同的天线阵元发出的无线电波经过不同的散射体簇集合到达接收端，如图1所示，经过散射体簇1和散射体簇3到达经过散射体簇2和散射体簇3到达其中表示发射端第i个天线阵元，表示接收端第j个天线阵元。

针对这一现象，文献[1]利用生灭过程的思想对阵列轴上的散射体簇的非平稳特性进行建模。其主要现实依据是，两个距离越近的天线，其分别对应的可见散射体簇集合的相似程度越高，且与天线的起始位置无关，只与天线间的绝对距离有关。由于这与数学上平稳过程的特性很相似，因此采用生灭过程的思想对信道非平稳特性进行建模具有一定的理论依据。这一建模方法最早在文献[1]中提出，后续在许多信道模型中得到应用。文献[2]基于文献[1]中提出的在线性天线上使用的生灭过程扩展为在平面天线上使用的生灭过程。

文献[1]基于生灭过程的技术方案如图2所示。假设发射端第i个天线阵元的可观测的散射体簇集合为接收端第j根天线阵元的可观测的散射体簇集合为初始状态下和这两个集合中的元素个数均为N。不失一般性，不妨设发射端第一个天线阵元的可观测的散射体簇的集合为其余的发射端天线阵元的散射体簇集合由其前一个天线阵元的散射体簇集合演进而来。

对于任意集合每次演化时，其中每个散射体簇存活概率为并按照期望为的泊松过程生成了新的散射体簇，参考相关信道标准确定新的散射体簇的时延、功率等参数，得到新的集合值得注意的是，在阵列轴上演化时消失的散射体簇不会再出现。

因此给定了集合后续的所有发射端天线阵元散射体簇集合可按照生灭过程的思想在此基础上进行演化得到。对接收端的天线阵元采用同样的方法和流程生成各个天线阵元的散射体簇集合。再利用随机配对的方式，将收发两端的散射体簇联系起来，确定收发端天线链路散射体簇的可见性。如图3所示，收发端的散射体簇集合内元素个数可能不同，对其进行随机配对，多余的散射体簇将被舍弃。两个配对的散射体簇对应着现实世界中的实际存在的散射体簇。也就是说图3中，所有发射端能“看见”6号散射体簇的天线阵元与所有接收端能“看见”5号散射体簇的天线阵元之间存在非视距(Non Line of Sight,NLoS)路径。以此类推，发射端的3号与接收端1号，发射端的5号与接收端8号，等等。

文献[2]将文献[1]中的生灭过程扩展到平面天线上，先生成一定数量的散射体簇，对于某个与天线距离小于瑞利距离的散射体簇，当且仅当天线阵元位于某个圆内才能观测到该散射体，该圆的圆心为天线阵列中随机一个天线阵元，圆的半径按照文献[1]所提及的生灭过程生成。

一方面，文献[1]中所使用的生灭过程在严格意义上说，不符合数学上生灭过程的定义。文献[1]假设在大规模天线阵列内，阵列轴演化时散射体簇消失后不会再次出现，即大规模天线阵列范围内散射体消失后再出现的概率接近于无穷小。因此，生灭过程的最终实现会受到偶然极端情况的影响，导致信道模型偏向极端，使得不同的天线阵元经历的散射体簇的情况差异过大，如文献[1]最终的仿真结果中天线1和天线32之间存在9个差异的散射体簇，使得天线阵元间的空间互相关在经过数个波长后即趋近于零，这与信道测量结果不能很好对应。